Схемота / DgCxT_konspekt_lektsiy_1-14

Рисунок 44 – Тактируемый RS-триггер: построение триггера на логических элементах

Рисунок 45 – Тактовая диаграмма тактируемого RS-триггера

Синхронный JK -триггер строится по двухступенчатой схеме. Вход J – вход установки, вход K – вход сброса. C – вход синхронизации (тактовый вход). Ком-

бинация двух единиц на входах J и K в отличие от RSтриггеров не является за-

прещенной. При этих сигналах триггер работает как счетный T -триггер, т.е. ме-

няет свое состояние на обратное по каждому импульсу на входе C .

Рисунок 46 – Синхронный JK-триггер

Рисунок 47 – Тактовые диаграммы синхронного JK-триггера

Триггеры с динамическим управлением

Суть такого управления заключается в том, что в качестве активного логи-

ческого сигнала выступает не сам статический уровень, а его изменение. Другими словами, переключение триггера происходит в течение короткого промежутка времени вблизи фронта или среза импульса синхронизации.

Обозначение на принципиальных электрических схемах таких входов пока-

зано на рисунке. Наиболее распространенным способом обозначения таких триг-

геров является вариант с наклонной чертой на входе С.

а) б)

Рисунок 48 – Обозначение триггеров с тактированием по фронту (а) и по срезу

(б)

Если триггер реагирует на фронт импульса, т. е. на перепад сигнала от ло-

гического 0 к логической 1, то считают, что он снабжен прямым динамическим входом. Если же триггер реагирует на срез импульса, т. е. на перепад сигнала от логической 1 к логическому 0, то считают, что он снабжен инверсным динамиче-

ским входом.

6.2 Т-триггер и D-триггер

Т-триггер (от английского toggle — опрокидываться, кувыркаться) является триггером, который имеет только тактовый вход Т и меняет свое состояние на противоположное по фронту или срезу каждого нового тактового импульса. Каж-

дый раз по фронту сигнала Т изменяется уровень напряжения на выходе Q. Ча-

стота изменения потенциала на выходе Т-триггера в два раза меньше частоты им-

пульсов на его тактовом входе. Это свойство Т-триггера используется при постро-

ении двоичных счетчиков, а Т-триггер называют также счетным триггером. На рисунке показан способ получения Т-триггера из универсального JK-триггера:

Рисунок 49 – Получение Т-триггера из JK-триггера

В асинхронном режиме С-вход триггера выполняет роль счетного, в син-

хронном же режиме С-вход используется по прямому назначению (как синхрони-

зирующий), а счетные импульсы подаются на соединенные входы J и К.

D-триггер (от английского Delay — задержка) имеет один информационный

(D — Data — данные) и один тактируемый (С — Clock — тактовая последова-

тельность) входы.

D триггер может быть получен из JK триггера с помощью дополнительного инвертора.

Рисунок 50 – Получение D-триггера из JK-триггера

В отличие от RS-триггера, D-триггер не имеет запрещенного состояния

D-триггер также называют информационным триггером и триггером за-

держки. D - триггер бывает только синхронным. Он может управляться (переклю-

чаться) как уровнем тактирующего импульса, так и его фронтом. Для триггера типа D, состояние в интервале времени между сигналом на входной линии и сле-

дующим состоянием триггера формируется проще, чем для любого другого типа.

По синхроимпульсу D-триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия.

Рисунок 51 – Тактовая диаграмма D-триггера

Как видно из рисунка по фронту первого тактового импульса лог.1 со входа D «записы-

вается» в триггер. Аналогично по второму тактовому импульсу в триггер «записывается» лог.0 и т.д.

6.3 Параллельный регистр

Назначение регистров - хранение и преобразование многоразрядных чисел.

Регистры обладают большими функциональными возможностями. Они использу-

ются в качестве управляющих и запоминающих устройств генераторов и преоб-

разователей кодов, счетчиков, делителей частоты, узлов временной задержки.

Элементами структуры регистров являются синхронные триггеры D, RS

или JK - типа с динамическим или статическим управлением. Так как одиночный триггер может запомнить один разряд (бит) двоичной информации, то его можно считать одноразрядным регистром. Для запоминания многоразрядных чисел ис-

пользуют «линейки» из нескольких триггеров - по количеству разрядов чисел. В

схемы регистров входят также комбинационные элементы, роль которых в дан-

ном случае вспомогательная.

Занесение информации в регистр называют операцией ввода или считыва-

ния. Запись информации в регистр не требует его предварительного обнуления

(сброса).

Все регистры в зависимости от функциональных свойств подразделяются на две категории: накопительные регистры (памяти, хранения) и сдвиговые.

Регистры памяти - простейший вид регистров. Их назначение – хранить дво-

ичную информацию небольшого объема в течение короткого промежутка вре-

мени. Эти регистры представляют собой набор синхронных триггеров, каждый из которых хранит один разряд двоичного числа. Ввод (запись) и вывод (считыва-

ние) информации производится одновременно во всех разрядах параллельным ко-

дом. Запись обеспечивается тактовым импульсом. С приходом очередного такто-

вого импульса происходит обновление записанной информации.

Рисунок 52 – Внутренняя структура и обозначение параллельного регистра К155ТМ8

На рисунке приведена функциональная схема ИМС К155ТМ8, которая со-

держит четыре D-триггера с динамическим управлением. Микросхема имеет 4

раздельных информационных входа, прямые и инверсные выходы Q от каждого триггера и общие для всех триггеров выходы синхронизации и сброса. Запись дан-

ных, поступивших на информационные входы, происходит одновременно во всех

триггерах по фронту сигнала на входе С, при этом на входе R должен быть высо-

кий уровень. Установка триггеров в нулевое состояние выполняется сигналом лог. 0 на входе R.

6.4 Последовательный (сдвиговый) регистр

Кроме операции хранения данных регистры могут использоваться и для операции сдвига данных с целью преобразования двоичного последовательного кода в параллельный и наоборот. Это так называемые сдвиговые регистры или регистры сдвига, которые получаются путем цепочного соединения триггеров.

Суть сдвига состоит в том, что по сигналу синхроимпульса происходит од-

новременная перезапись содержимого каждого триггера в соседний триггер. При этом не меняется само двоичное слово (число), записанное в регистре, оно лишь сдвигается на один разряд и только содержимое последнего триггера ТТ3 пропа-

дает из регистра, а на вход первого ТТ0 поступает новый бит.

Рисунок 53 – Внутренняя структура сдвигового регистра

Сдвигающий регистр должен обязательно состоять из тактируемых тригге-

ров, иначе при первом же сигнале сдвига бит, поступивший на вход первого триг-

гера регистра сдвига, сразу же пройдёт на выход этого триггера и соответственно,

на вход второго триггера, а значит и на выход второго триггера и т. д. до послед-

него триггера регистра сдвига.

Рисунок 54 – Тактовая диаграмма сдвигового регистра

Рисунок 55 – Универсальный сдвиговый регистр К155ИР1

В некоторых сдвиговых регистрах сдвиг происходит не только в одну сто-

рону, а и влево и вправо — это так называемые реверсивные регистры.

Неделя 7

7.1 Асинхронный двоичный суммирующий счетчик

На базе счетных триггеров можно построить цифровое устройство, полу-

чившее название электронного счетчика. Электронные счетчики (далее, просто счетчики) позволяют вести подсчет электрических импульсов, количество кото-

рых (поступивших на вход счетчика) представляется, обычно, в параллельном коде. Счетчики могут отличаться модулем счета и типом счетной последователь-

ности, которая, в частности, может быть двоичной, двоично-десятичной, в коде Грея и т.п. Цифровые последовательностные устройства, выполненные по схеме счетчика, но имеющие один счетный вход и один выход называются делителями

частоты. Таким образом, любой счетчик может служить в качестве делителя ча-

стоты, если используется информация только одного из его выходов. Так как счет-

чики и делители имеют единую структуру, основное внимание будет уделено син-

тезу счетчиков.

Счетчики и делители подразделяются на асинхронные и синхронные. У

синхронных счетчиков все разрядные триггеры синхронизируются параллельно одними и теми же синхроимпульсами, поступающими из источника этих импуль-

сов. Асинхронные счетчики имеют последовательную синхронизацию, т.е. каж-

дый последующий разрядный триггер синхронизируется выходными импульсами триггера предыдущего разряда. Асинхронные счетчики иногда называют после-

довательными, а синхронные счетчики - параллельными.

Счетчики, независимо от способа синхронизации, подразделяются на счет-

чики прямого счета (суммирующие) и на счетчики обратного счета (вычитаю-

щие). В интегральном исполнении выпускаются также реверсивные счетчики, в

которых имеется специальный вход для переключения режима работы, т.е.

направления счета. Многие типы счетчиков, выпускаемые промышленностью в

интегральном исполнении, имеют дополнительные входы предустановки, позво-

ляющие использовать эти счетчики в режиме регистра памяти.

В качестве разрядных триггеров счетчиков и делителей могут быть исполь-

зованы двухступенчатые D-триггеры, Т- и JK-триггеры.

Счетчики относятся к последовательностным устройствам с циклически повторяющейся последовательностью состояний. Число, соответствующее коли-

честву импульсов (поступивших на вход счетчика), при котором счетчик “возвра-

щается” в исходное состояние, называется модулем или коэффициентом счета.

Модуль счета, обычно, обозначают буквой М (или Ксч). Например, максимальный модуль счета счетчика из двух триггеров равен М = 22 = 4, трех триггеров - М =

23 = 8 и т.д. В общем случае для n - разрядного счетчика - М = 2n. Модуль счета счетчика численно совпадает с модулем деления делителя частоты. Счетчик по модулю 8 позволяет реализовать (без дополнительных схемных затрат) делитель частоты на 8. Это значит, что данный делитель делит частоту входной импульс-

ной последовательности на 8.

Асинхронный двоичный счетчик представляет собой совокупность после-

довательно соединенных триггеров (D - или JK ), каждый из которых ассоции-

руется с битом в двоичном представлении числа. Если в счетчике m триггеров,

то число возможных состояний счетчика равно 2m, и, следовательно, модуль счета М также равен 2m. Счетная последовательность в двоичном суммирующем счет-

чике начинается с нуля и доходит до максимального числа 2m - 1, после чего снова проходит через нуль и повторяется. В вычитающем двоичном счетчике последо-

вательные двоичные числа перебираются в обратном порядке, и при повторении последовательности максимальное число следует за нулем.

Рассмотрим устройство двоичного суммирующего счетчика по модулю М=16, выполненного на базе Т-триггеров. Как видно из рисунка, синхронизиру-

ющие входы всех триггеров, кроме крайнего левого, соединены с выходами